[发明专利]一种兰炭纯氧气化生产直接还原铁工艺

说明书

技术领域

本发明涉及直接还原铁制造技术，具体涉及一种兰炭纯氧气化生产直接还原铁工艺，其为一种节能型直接还原铁制造技术。

背景技术

随着世界优质废钢资源的日益短缺，直接还原铁(DRI)生产技术日益受到冶金界的重视，近年来世界各国在开发直接还原铁生产技术方面都下了不少功夫，生产能力得到飞速发展，90年代以来世界直接还原铁产量以每年10％的幅度逐年增长。1970年全世界直接还原铁产量仅83万t，到1997年以已达3620万t。由于电炉炼钢比例的增长及对高等级钢材的需求增加，需要更多的直接还原铁这种纯净原料来保证钢材质量。直接还原技术也将进一步发展，2010年全世界直接还原铁的年产量达7000多万t。

目前直接还原铁工业生产中，气基竖炉法Midrex，HYL-III法占据绝对优势。实践证明气基竖炉法具有生产技术成熟、设备可靠、单位投资少、生产率高(容积利用系数达8～10t/m3·d)，单炉产量大(达180万t/a)，产品成本低等优点，具有很强的竞争力。但是它们均需采用天然气作还原气原料，因此其发展只能在天然气资源丰富并廉价的地区发展。

由于煤在全世界和中国分布广、储量大、预计21世纪将有更多的煤基直接还原工厂投产。目前世界上占优势的煤基直接还原方法是回转窑法，这种方法的主要优点是可以直接用煤作燃料和还原剂，其缺点是单位投资高，生产率低(容积利用系数0.42t/m3·d)单炉产量低(最大为15～18万t/a)。生产成本高，因此发展缓慢，到目前全世界煤基回转窑仅300万t/a生产能力，我国从70年代开始研究开发，迄今形成40万t/a生产能力。

在我国煤炭丰富而缺少天然气的条件下，以煤气化为还原气来源的竖炉直接还原炼铁工艺有望成为未来的发展方向。就煤气化和竖炉直接还原炼铁方面而言，都各有成熟的工艺。煤气气化工艺在化工行业已广泛应用，但由于气化压力、温度、煤气成分和硫含量等方面的不同，目前各种煤气化工艺产生的煤气并不能直接应用于直接还原铁的生产。申请者曾以国际上先进的shell煤气化工艺为起点，研究了煤气化工艺与竖炉技术相结合生产直接还原铁的技术经济性。以工业氧及水蒸汽为氧化剂、采用成熟的粉煤加压气化、煤气变换和脱硫、炉顶气脱除CO₂循环利用技术及直接还原竖炉技术，生产出直接还原铁。上述以煤气化为基础的直接还原炼铁工艺，尽管技术上能够实现，但流程复杂，投资高，在目前我国的现实条件下，并不具有良好的经济性。其它各种以煤为主要原料的气化工艺也难以满足竖炉生产直接还原铁的要求。

中国专利CN1109911“一种煤基造气竖炉法生产海绵铁的方法”公开的技术是以水煤浆气化为原料产生还原气，该合成气中有效气成分低，需冷却到常温，脱除H₂S和CO₂后再将还原气再加热到竖炉所需要的温度(800-900℃)。中国专利CN1109510“氧煤-气基直接还原工艺”采用煤氧常压气化，合成气经除尘脱硫后仍需加压、加热后才能进入直接还原竖炉。中国专利CN1152619“还原气生产海绵铁联产合成氨的方法”公开的技术也是以水煤浆气化为基础，冷却后的合成气经净化处理和升温后进入还原竖炉，竖炉出口的尾气用于合成氨。中国专利CN1275624“煤造气竖炉还原铁矿石的海绵铁生产工艺及其装置”公开的技术是以德士古水煤浆气化为基础，产生的合成气需低温脱硫和CO₂脱除工序，净化后的还原气进入竖炉生产海绵铁。美国专利US3844766“用液体或固体原料将铁氧化物还原成金属海绵铁的方法”，是将原料液体油或煤与水蒸汽和氧气混合喷入部分氧化气化炉中进行气化，产生的气体脱除CO₂后经换热式加热器和气体变换器从室温进一步加热到还原反应所要求的温度(约815℃)等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兰炭纯氧气化生产直接还原铁工艺，以兰炭纯氧气化为主要特征生产直接还原铁，生产的直接还原铁可直接用于电炉炼钢，优于传统的以天然气为还原剂的直接还原炼铁流程。

近年来，我国兰炭产能增长迅速，2010年产能规模约为4500万吨，已经初步形成了一个产业集群和相对稳定的市场体系。兰炭也称半焦，结构为块状，颜色呈浅黑色。兰炭是由优质精煤块低温干馏而成的，作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高(＞82％)、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，已部分取代冶金焦广泛应用于钢铁和铁合金的生产，其应用领域也在不断扩大。